〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜15/12/22(4)
• MQDFは手書き文字認識の認識性能向上に
大きく寄与した技術
– 現在でも手書き漢字認識における中心的技術
– 多くの改良手法や応用手法が提案されている.
• Chinese Handwriting Recognition Competition
– Offline Isolate Character Recognition
手書き漢字認識はMQDF or CNN
ICDAR2011:4/6チーム
ICDAR2013:3/5チーム
背景
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
背景
15/12/22(5)
1987 20151990 2000 2005 2010
Kimura et al, “MQDF” C.-L. Liu et al, “Discriminative Learning QDF”
Y. Wang et al, “Sample-Separation-Margin based MCE training”
T.H. Su et al, “Perceptron Learning of MQDF”
S. Lu et al, “Cost-sensitive MQDF”
Q. Fu et al, “Cascade MQDF”
Q. Fu et al, “Boosted MQDF”
Y. Wang et al, “Importance Sampling based MQDF”
武部 et al, “学習擬似ベイズ”
X.Y. Zhang et al, “Locally Smoothed MQDF”
Friedman, “Regularized Discriminant Analysis”
T. Long et al, “Compact MQDF”
勝山 et al, “Hybrid Compact MQDF”
G. Pengcheng et al, “SH-MQDF”
織田 et al, “MQDFの調査”
D. Yang et al, “Kernel MQDF”
K. Ding et al, “Incremental Learning of MQDF”
Y. Wang et al, “MQDF-CNN Hybrid”
Y. Wang et al, “MQDF Discriminative Learning”
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
MQDFの改良,応用手法
15/12/22(17)
Kimura et al, “MQDF”, 1987
B.-H. Juang et al, “Minimum Classification Error”, 1992
C.-L. Liu et al, “Discriminative Learning QDF”, 2004
C.-L, Liu et al, “LQDF”, 2002 R.Zhang et al, “MCE training MQDF”, 2002
T.H. Su et al, “Perceptron Learning of MQDF”, 2011
S. Lu et al, “Cost-sensitive MQDF”, 2015
+misclassification cost
+perceptron learning
+GPU implementation
+MCE training based MQDF
+MCE training based MQDF
Y. Wang et al, “Sample-Separation-Margin based MCE training”, 2010
+sample-separation-margin
M.-K. Zhou et al, “GPU-Based Fast Training DLQDF”, 2013
MCE training
Discriminative Learningとの組み合わせ
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
Discriminative Learningとの組み合わせ
15/12/22(25)
• Sample Separation Margin based MCE(Y. Wang et al, 2010)
– 識別境界付近のサンプルを識別境界から遠ざける
識別境界
パターンxと識別境界との距離
Sample Separation Marginの定義
損失関数
オンライン手書き中国語文字認識における比較実験
平均ベクトル
のみを更新
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
Discriminative Learningとの組み合わせ
15/12/22(26)
• Perceptron Learning of MQDF(T.-H. Su et al, 2011)
– 誤分類するデータのみを用いる
– MCE学習:0/1損失,パーセプトロン学習:ヒンジ損失
誤分類尺度
目的関数
MNISTにおける比較実験 USPSにおける比較実験
適応的なマージンによる正則化
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
Discriminative Learningとの組み合わせ
15/12/22(27)
• Cost-sensitive MQDF(S. Lu et al, 2015)
– 手書き中国語住所認識における
Class Imbalance Problemを解決
損失関数に誤分類コストを組み込む
損失関数の期待値
クラスωiの発生頻度
(クラスωiのデータ数/総住所データ数)
手書き中国語住所データセットにおける比較実験
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
MQDFの改良,応用手法
15/12/22(28)
Kimura et al, “MQDF”, 1987
Y. Wang et al, “Importance Sampling based MQDF”, 2015
Q. Fu et al, “Cascade MQDF”, 2007
+カスケード
+Importance Sampling, MCE
Y. Wang et al, “MQDF Discriminative Learning”, 2011
+sample importance weight
+adaboost
Q. Fu et al, “Boosted MQDF”, 2008
generalized recognition confidence
Y. Wang et al, “MQDF Retrained on Selected Sample Set”, 2011
+識別境界付近のサンプルで再学習
X.Lin et al, “Adaptive confidence transform”, 1998
Importance Samplingとの併用
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
Importance Samplingとの併用
15/12/22(31)
• Rejection sampling strategyによる推定
– generalized recognition confidenceを用いた
サンプル選択
– しきい値 以下のサンプルを用いて再学習
Training Set
Level 1
Training Set
Level 2
Training Set
Level N
MQDF
Level 1
MQDF
Level 2
MQDF
Level N
Training with
MLE
Training with
MLE
Training with
MLE
Testing Testing
Cascade Cascade Cascade
Sample
selection
Sample
selection
Sample
selection
・・・
・・・
Cascade MQDFの学習法
選択された全てのサンプルは
同じ重みを持つ.
最も信頼度が高いレベルを選択
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
共分散行列のSmoothingによる認識精度向上
15/12/22(41)
CASIA-HWDB1.1での実験結果
X.Y. Zhang et al, 2013より引用
CASIA-OLHWDB1.1での実験結果
X.Y. Zhang et al, 2013より引用
MQDFにRDA,LSMQDFのSmoothing手法を組み込んだ結果
マルチフォント文書での実験結果
武部 et al, 2002より引用
劣化文書での実験結果
武部 et al, 2002より引用
差分分布によるSmoothing手法を組み込んだ結果
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
MQDFの改良,応用手法
15/12/22(42)
Kimura et al, “MQDF”, 1987
勝山 et al, “Hybrid Compact MQDF”, 2015
T. Long et al, “Compact MQDF”, 2008
G. Pengcheng et al, “SH-MQDF”, 2014
+spectral hashingによるバイナリベクトルを用いる
+類似文字は非圧縮パラメータで分類
Y. Linde et al, “vector quntiization”, 1980
Y. Weiss et al, “Spectral hashing”, 2008
ベクトル量子化
+固有ベクトルをベクトル量子化で圧縮
織田 et al, “MQDFの調査”, 2007
+用いる固有ベクトルの数,次元数と認識率の関係の調査
スペクトラルハッシング
辞書サイズの削減
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
辞書サイズの削減
15/12/22(48)
ほぼ同じ辞書容量でのCompact MQDFと
Hybrid Compact MQDFの比較
勝山 et al, 2015より引用
用いる固有ベクトル数kを制限する手法との比較
勝山 et al, 2015より引用
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
辞書サイズの削減
15/12/22(49)
• SH-MQDF(G. Pengcheng et al, 2014)
① バイナリハッシング手法の一種である
Spectral Hashingを用いて特徴ベクトルを
コンパクトなバイナリベクトルに変換
② バイナリベクトルを用いてMQDFの値を計算
– 216次元のGIST特徴ベクトルを128bitの
バイナリコードに変換した場合,MQDFの認識性能
を維持しつつ計算速度の向上,辞書サイズの削減
が可能
全データセットに対してのMQDFの認識性能と
ハミング距離による大分類後のデータセットに対しての
SH-MQDFの認識性能の比較
〜Modified Quadratic Discriminant Functionとその応用〜
MQDFの改良,応用手法
15/12/22(50)
Kimura et al, “MQDF”, 1987
K. Ding et al, “Incremental Learning of MQDF”, 2010
+カーネル法
+筆者適応のためのIncremental Learning
Y. Wang et al, “MQDF-CNN Hybrid”, 2014
+CNNとのハイブリッド
X.Lin et al, “Adaptive confidence transform”, 1998
generalized recognition confidence
D. Yang et al, “Kernel MQDF”, 2007
L. Jin et al, “Incremental Learning of LDA”, 2010
筆者適応のためのIncremental Learning
その他